電子測量儀器

概述
新能源汽車由于能夠?qū)崿F(xiàn)超低排放甚至零排放的要求，因此得到了國家政府和企業(yè)的高度重視，并被視為調(diào)整交通能源使用結(jié)構(gòu)和改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量的有效途徑之一。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心，主要包括了：驅(qū)動電機(jī)，變頻器、動力電池。動力電池、驅(qū)動電機(jī)及控制器的性能對整個電動汽車的性能起到至關(guān)重要的作用，如下圖所示。

新能源汽車教學(xué)平臺系統(tǒng)采用了與實際電動汽車電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)類似的組成部分，能夠直觀、真實地模擬電動汽車的實際組成結(jié)構(gòu)和運行工況，并能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)進(jìn)行測試分析，能夠滿足在新能源汽車領(lǐng)域教學(xué)和科研中的需求。

? 解決問題
? 直接測量變頻器（電動汽車功率調(diào)節(jié)器）輸入和輸出，逆變效率測試。
? 完善馬達(dá)分析功能（選件測量扭轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速、頻率、轉(zhuǎn)差率、馬達(dá)功率）；
? 測試汽車電子CAN總線相關(guān)數(shù)據(jù)；
? 模擬電動汽車主要組成部件，可進(jìn)行車載總線評估；
? 針對車載的驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行評估測試；

產(chǎn)品組成

?  高精度功率分析儀：PA6000
? CAN分析儀：CANScope-Pro
? CANopen主站卡：USBCAN-2E-P
? BMS系統(tǒng)：ZBMS-100
? 電機(jī)平臺：ZMotor-100

功能特點
? 完整的驅(qū)動模擬系統(tǒng)：包括驅(qū)動電機(jī)，變頻器以及制動器，集成了高性能的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器；
? 基于CAN-bus（CANopen網(wǎng)絡(luò)）的驅(qū)動控制系統(tǒng)，能夠完成對驅(qū)動系統(tǒng)的控制和監(jiān)測；
? 可以集成基于CAN-bus總線的BMS系統(tǒng)；
? 集成高性能的功率分析儀PA6000，可以對整個驅(qū)動系統(tǒng)的評估測試，滿足新能源汽車教學(xué)平臺在驅(qū)動系統(tǒng)教學(xué)和科研中的需要；
o 驅(qū)動系統(tǒng)效率測試
o 變頻系統(tǒng)性能測試
o 動力系統(tǒng)性能測試
o 驅(qū)動運行工況測試
? 集成高性能的CAN分析儀CANScope-Pro，可以對整個CAN-bus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析測試，滿足新能源汽車教學(xué)平臺CAN-bus網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)科研需要；
o BMS系統(tǒng)協(xié)議分析，教學(xué)和研究
o 驅(qū)動控制系統(tǒng)協(xié)議分析，教學(xué)和研究
o 新能源汽車整車協(xié)議分析，教學(xué)和研究
o SAE J1939高層協(xié)議分析，教學(xué)和研究
o 并支持CANopen等其它高層協(xié)議分析，教學(xué)和研究
? 提供有豐富的教學(xué)和開發(fā)資料，便于教學(xué)和科研應(yīng)用 ? 設(shè)備功能介紹
1. PA6000高精度功率分析儀
PA6000高精度功率分析儀可以廣泛應(yīng)用于節(jié)能和新能源領(lǐng)域，例如混合型電動汽車、電動汽車等功率設(shè)備的開發(fā)和性能評估。PA6000高精度功率分析儀可以對多相高電壓和大電流進(jìn)行精確測量，其功能特點如下：
? 采用先進(jìn)的測量技術(shù)，支持DC,0.1Hz～1MHz 帶寬，保證了可靠的測量準(zhǔn)確度，基本精度：0.02%；
? 最多可以支持6相功率輸入，所有的輸入通道均電氣隔離，避免各種應(yīng)用中的短路；
? 同步采集所有相，精確測量電壓、電流和功率參數(shù)；
? 提供豐富的分析功能：諧波閃變分析、頻譜分析、采樣波形顯示和矢量圖；
? 超大容量存儲（>10G），支持長時間的數(shù)據(jù)記錄；
? 可通過外部傳感器測量扭矩和轉(zhuǎn)速，用于馬達(dá)和驅(qū)動應(yīng)用；
? 12.1” 彩色液晶顯示器， 1280*800分辨率
? 良好的操作性：提供豐富、快捷的功能按鍵，并支持觸摸屏和鼠標(biāo)鍵盤控制
? 簡單的用戶界面確保操作簡單、直觀；
? 標(biāo)準(zhǔn)配置和自定義配置允許用戶精確設(shè)定適合其應(yīng)用的相應(yīng)功能；
? 標(biāo)配USB、Ethernet和GPIB三種接口，可以快速、方便地連接到 PC。
? 配備有PC 軟件，可用來下載數(shù)據(jù)、分析和生成報表；

采用PA6000功率分析儀搭建測試平臺可以對電動汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行精確的評估：PA6000功率分析儀的功率測量單元可以同時對電池輸出信號、變頻器輸入輸出信號進(jìn)行測量分析，同時具有電機(jī)測量單元，可以對驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩信號進(jìn)行測量。通過控制系統(tǒng)的配合，PA6000功率分析儀可以測量電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速、不同轉(zhuǎn)矩下變頻器的性能、電機(jī)的加速性能等，從而可以模擬出汽車在高速或大阻力下整個系統(tǒng)的性能。PA6000可實現(xiàn)如下功能：
? 電源輸出電壓、輸出電流數(shù)值測量與波形顯示；
? 變頻器輸入/輸出電壓值和電流值測量與波形顯示；
? 轉(zhuǎn)速和扭矩信號測量與波形顯示；
? 變頻器效率測量；
? 變頻器輸出信號諧波分析；
? 電機(jī)效率測量。
2. CANScope-Pro CAN總線分析儀
CANScope-Pro分析儀是CAN總線開發(fā)與測試的專業(yè)工具，集海量存儲示波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、誤碼率分析儀、協(xié)議分析儀及可靠性測試工具于一身，并把各種儀器有機(jī)的整合和關(guān)連；重新定義CAN總線的開發(fā)測試方法，可對CAN網(wǎng)絡(luò)通信正確性、可靠性、合理性進(jìn)行多角度全方位的評估；幫助用戶快速定位故障節(jié)點，解決CAN總線應(yīng)用的各種問題，是CAN總線開發(fā)測試的終極工具。

CANScope-Pro主要功能：
? CAN 示波器：捕獲CAN總線上的信號并分析；
? CAN 眼圖：對總線信號按位進(jìn)行疊加顯示、統(tǒng)計分析；
? CAN 報文：對捕獲到的CAN幀進(jìn)行顯示，提供統(tǒng)計報表等；
? CAN 波形：將模擬波形轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制碼流，并解碼形成CAN幀；
? 網(wǎng)絡(luò)共享：提供遠(yuǎn)程多人協(xié)作分析功能；
? CANScopeEx：多種應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)的發(fā)送與解析；支持CANopen\J1939\DeviceNet\iCAN等協(xié)議。
? 自定義分析：用戶可指定協(xié)議規(guī)則，實現(xiàn)儀表顯示、趨勢圖顯示等功能。
CANScope-Pro應(yīng)用在汽車電子網(wǎng)絡(luò)或者工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)中如下圖所示。

CANScope-Pro可以對電動車的整車CAN-bus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試和分析，對整車CAN-bus網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行評估。也可以借助于CANScope-Pro的完成電動車整車CAN-bus網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的制定、研究等教學(xué)和科研任務(wù)。
3. 電池管理ZBMS-100 BMS系統(tǒng)ZBMS-100（以下簡稱為系統(tǒng)）主要用于電動車動力系統(tǒng)主要部件電池組的電池電壓、表面溫度和電池組總電壓、總電流的監(jiān)測。系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點（以下簡稱主節(jié)點）、電池檢測子節(jié)點（以下簡稱子節(jié)點）、LCD診斷儀和CAN總線網(wǎng)絡(luò)組成。采集到的電容電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)通過符合SAEJ1939協(xié)議的CAN總線與整車儀表系統(tǒng)連接。 系統(tǒng)特性如下：

?  主節(jié)點同時支持SAEJ1939、iCAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口；
? 可同時檢測18個電池單體電壓，每個電池電壓0~5V；
? 可同時檢測每組電池的表面溫度，檢測范圍0~100℃，誤差<1℃；
? 主節(jié)點具有電壓傳感器接口，輸入電壓±5V，可連接電壓傳感器用于電池組總電壓測量；
? 主節(jié)點具有電流傳感器接口，輸入電流0~120mA，可連接電流傳感器用于電池組總電流測量；
? 主節(jié)點具有4路繼電器輸出接口，可用于控制外部風(fēng)機(jī)或指示燈；
? LCD診斷儀可以顯示系統(tǒng)所有電壓、電流、溫度參數(shù)，并輸入報警上下限；
? 系統(tǒng)供電：DC24V@2A；
? 工作溫度：-20~+85℃。
4. 電機(jī)平臺ZMotor-100 電機(jī)平臺ZMotor-100主要包括：動力電池，智能充電機(jī)，變頻器，扭矩傳感器，制動器，CANopen主站卡USBCAN-E-P，NDAM數(shù)據(jù)采集模塊（NDAM-9020、NDAM-7404、NDAM-4400和NDAM-6608）。 CANopen主站卡USBCAN-E-P，NDAM系列數(shù)據(jù)采集模塊組成電機(jī)平臺的控制系統(tǒng)，能夠通過CANopen總線對整個電機(jī)平臺進(jìn)行控制，調(diào)整電機(jī)平臺的運行參數(shù)。 1) 電機(jī)部分組成 電機(jī)部分組成包括了：動力電池，智能充電機(jī)，變頻器，扭矩傳感器，制動器。通過電源和變頻器控制電機(jī)運行，通過制動器可以調(diào)節(jié)電機(jī)的負(fù)載大小，扭矩傳感器可以對電機(jī)運轉(zhuǎn)時的扭矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量。 動力電池參數(shù)：
? 高性能鋰動力電池；
? 標(biāo)稱電壓48V
? 標(biāo)稱容量60Ah；
? 最大放電電流2C；
? 推薦充電電流20A；
? 充電限制電壓54V；
? 放電限制電壓37.5V；
? 工作溫度：充電0℃~45℃，放電-20℃~45℃；
? 存儲溫度：短期（1個月）-20℃~45℃，長期（1年）-20℃~20℃；
? 存儲濕度：＜70% 智能充電機(jī)功能特點：
? 根據(jù)鋰電池特性設(shè)計充電曲線，提高電池安全性和延長電池壽命；
? 保護(hù)功能齊全：過壓，過流、反接、短路、過溫；
? 防護(hù)等級高：防水防塵性能好；
? 智能程度高：有遠(yuǎn)近控轉(zhuǎn)換模式，方便調(diào)試及應(yīng)急充電；
? CAN通訊，可根據(jù)BMS指令進(jìn)行充電；
? 充電電壓：30V~54.7V；
? 最大充電電流：30A
? 輸入功率因數(shù)高： ≥98%；
? 整機(jī)效率高： ≥93%；

? 工作溫度范圍寬： -30℃ ～ 75℃。 變頻器功能特點：
? 額定輸入電壓48V；
? 連續(xù)電流85A；
? 峰值電流250A；
? 內(nèi)置保護(hù)功能，輸出過流，過電壓，電池電壓過低，溫度過高等保護(hù)；
? 采用CAN總線通信；
? 控制策略：矢量控制。 電機(jī)功能特點：
? 電機(jī)輸出功率3KW；
? 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩15N.m；
? 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1500rpm； 扭矩傳感器功能特點：
? 扭矩測量范圍：0~50N.m；
? 轉(zhuǎn)速測量范圍：0~6000rpm；
? 測量精度0.5%FS；
? 過載能力：150%FS；
? 扭矩信號的提取方式為應(yīng)變電測技術(shù)，動態(tài)響應(yīng)快。 制動器功能特點：
? 轉(zhuǎn)矩：1~50N.m；
? 轉(zhuǎn)速：0~3000rpm；
? 連續(xù)運行功率3KW；
? 水冷連續(xù)運行功率6KW；
? 轉(zhuǎn)子為空心鼓形轉(zhuǎn)子，慣性小，承受離心力大；
? 力矩產(chǎn)生是由磁粉鏈的拉力形成，力矩變化具有緩沖性；
? 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩力矩平滑，沒有齒槽波動轉(zhuǎn)矩，無剩磁轉(zhuǎn)矩；
? 無摩擦結(jié)構(gòu)，使用壽命長；
? 操作方便，只需調(diào)節(jié)勵磁電流即可改變力矩大小。
2) CANopen主站卡USBCAN-E-P
USBCAN-E-P是集成1路隔離CAN通道，支持CANopen主站協(xié)議的USB-CAN接口卡。該設(shè)備遵循CANopen規(guī)范DS301，具有USN2.0全速接口，支持32個從站，128個RPDO和512個TPDO。在新能源汽車教學(xué)平臺系統(tǒng)中USBCAN-E-P通過發(fā)送RPDO控制變頻器啟停和輸出不同頻率；通過發(fā)送RPDO控制NDAM-4400輸出電壓信號控制制動器的轉(zhuǎn)矩；通過接受NDAM-9020發(fā)送的TPDO測量轉(zhuǎn)速、扭矩信號和溫度信號。 USBCAN-E-P功能特點：
? 遵照CANopen 規(guī)范DS301 V4.02和DS303-3進(jìn)行設(shè)計；
? 支持PDO、SDO、緊急報文發(fā)送；

?  支持所有NMT網(wǎng)絡(luò)管理功能；
? 支持所有PDO通訊類型，并可實現(xiàn)對每個PDO 的監(jiān)控；
? 主站卡硬件自動存儲緊急報文；
? 一路電氣完全隔離的CAN通道；
? 支持5Kbps ~ 1Mbps之間的標(biāo)準(zhǔn)波特率；
? ESD（靜電放電）保護(hù)：IEC 61000-4-2 Level 3；
? CAN通信接口支持2KV、5/100Hz群脈沖保護(hù)；
? CAN通信接口支持2KV、5/100Hz浪涌保護(hù)；
? 內(nèi)置120歐姆終端電阻，可通過跳線選擇；
? 2500Vrms電氣隔離保護(hù)；
? 工業(yè)級環(huán)境溫度：-20℃ ~ +85℃ ；
3) NDAM系列模塊 NDAM是新一代基于網(wǎng)絡(luò)通訊的刀片式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。采用積木化結(jié)構(gòu)，簡單、靈活，通訊模塊和各種數(shù)據(jù)采集控制模塊自由組合，應(yīng)對各種現(xiàn)場應(yīng)用。NDAM系統(tǒng)可通過RS-485/RS-422/RS-232、以太網(wǎng)或CAN-bus等通訊方式實現(xiàn)對現(xiàn)場各種傳感器的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。 在新能源汽車教學(xué)平臺系統(tǒng)中，采用NDAM-9020作為通信模塊，該模塊以CANopen協(xié)議作為通信協(xié)議；采用NDAM-7404計數(shù)測頻模塊采集扭矩和轉(zhuǎn)速信號；采用NDAM-9020作為通信模塊，該模塊以CANopen協(xié)議作為通信協(xié)議；采用NDAM-7404計數(shù)測頻模塊采集扭矩和轉(zhuǎn)速信號；采用NDAM-4400模擬量輸出模塊控制制動器；采用NDAM-6608熱電偶采集模塊測量電機(jī)和制動器的溫度。

? NDAM系列模塊功能特點：
? 32位ARM處理器；
? 嵌入式實時操作系統(tǒng)；
? ESD保護(hù)；
? 支持遠(yuǎn)程升級；
? 工作溫度范圍：-20℃～+85℃；
? 工業(yè)級塑料外殼，標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌安裝。 ? NDAM-7404功能特點
? 輸入路數(shù)：2路隔離輸入和2路非隔離輸入；
? 最大計數(shù)值：32bits；
? 可編程數(shù)字濾波：1~65535us；
? 輸入信號頻率：非隔離通道：<100kHz；隔離通道：<1MHz；

   2路非隔離輸入電壓：可編程門檻電壓；
? 可選擇門控輸入模式，對測量值進(jìn)行捕獲；
? 具有匹配超限功能，匹配超限值獨立配置。 ? NDAM-4400功能特點：
? 4通道模擬量輸出；
? 12位雙緩沖D/A轉(zhuǎn)換器；
? 電壓輸出：0~10V；
? 電流輸出：0~20mA/4~20mA ；
? 輸出精度：±0.5% FSR；
? 隔離耐壓：2500VDC。 ? NDAM-6608功能特點
? 6路差分熱電偶隔離輸入通道；
? 8種型號標(biāo)準(zhǔn)熱電偶支持；
? 24位高精度ADC；
? 8路隔離數(shù)字量輸出通道；
? 狀態(tài)報警輸出；
? 隔離耐壓：3000 VDC。 ? NDAM-9020功能特點
? 遵照CANopen 規(guī)范DS301 V4.02和DS303-3進(jìn)行設(shè)計；
? 支持PDO、SDO、緊急報文發(fā)送；
? 支持所有NMT網(wǎng)絡(luò)管理功能；
? 支持MiniUSB接口配置設(shè)備；
? CAN通道電氣隔離。